Послання «чортових пальців»

Навчання 26 серпня 2022 Перегляди: 55

Один з головних принципів геологічних досліджень — принцип актуалізму, сформульований Джеймсом Хаттоном ще в 1795 році, — каже, що процеси на Землі сьогодні і в глибокому минулому відбувалися однаково. За великим рахунком це дійсно так. Наприклад, гори ростуть по межах тектонічних плит, по них вниз збігають річки, руйнуючи свої береги, матеріал з континентів таким чином надходить в океани. Все це відбувається сьогодні, відбувалося і в минулому. Легко знайти й інші приклади. Вулкани вивергалися на суші і під водою раніше і продовжують це робити сьогодні. Проте для сучасних геологів не секрет, що швидкості таких процесів абсолютно не обов’язково залишалися постійними в ході всієї геологічної історії. Ще один доказ цьому знайшла група дослідників з Інституту геонаук Польської академії наук [1], проаналізувавши ізотопний склад стронцію в белемнітах, в простонародді званих «чортовими пальцями» за форму їхньої мушлі (рис. 1), — палеонтологічних останках молюсків, що жили в мезозойську еру. Суть дослідження [1] полягає в наступному: в раковини молюсків з морської води разом з кальцієм потрапляє стронцій. Вимірюючи ізотопний склад стронцію в цих молюсках, можна безпосередньо сказати, яким був ізотопний склад стронцію в морській воді під час їх життя.

Ріс. 1. Белемніти — вимерлі молюски. Фото з сайту www.ammonit.ru

Стронцій надходить в океани з трьох основних резервуарів: (1) з континентів, які характеризуються різноманітними, але в цілому високими значеннями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, (2) з підводних вулканів, переважно срединно-океанічних хребтів з низькими значеннями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, і (3) з попередніх морських карбонатів, у яких ізотопний склад стронцію також варіює, але знаходиться між високими континентальними і низькими вулканічними значеннями (рис. 2). З даних по ізотопному складу стронція у воді сучасних океанів відомо, що він скрізь однаковий, незалежно від географічного положення. Відбувається це завдяки дуже швидкому перемішуванню морської води та гомогенізації, зокрема, ізотопного складу стронцію по всьому світу. Принцип актуалізму в даному випадку цілком застосовний до вивчення палеоокеанів.

Ріс. 2. Принципова схема надходження стронцію в океани [2]

Багаторічні дослідження дозволили відновити криву ізотопного складу стронцію для палеоокеанів, показавши виразні максимуми і мінімуми, пов’язані зі зміною надходження стронцію в морську воду з континентів у періоди максимальних оледенінь і з океанічного дна через підвищену вулканічну активність (рис. 3). Незважаючи на те, що достовірність загальних варіацій цієї кривої висока, точність і детальність кривої досить сильно відрізняється для різних часових проміжків часу. Зокрема, момент зниження значень ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в середині мезозойської ери (в середній юрі) залишався слабо вивченим. Розглянута робота була присвячена якраз белемнітам, відібраним із середньоюрських відкладень Польщі та Німеччини, де такі відкладення добре представлені.

Ріс. 3. Варіації ізотопного складу стронція в морській воді в минулому і їх можливі причини [3]. Червоною кривою показано детальні дані, отримані по белемнітах із середньоюрських відкладень Польщі та Німеччини [1]

У підсумку, варіації ізотопів стронцію в морській воді цього часу було встановлено з дуже високою точністю. Різке падіння значень ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr нижче 0,7069, мабуть, пов’язане з аномально високою швидкістю розсування океанічного дна, що викликало аномально високу вулканічну активність. Принаймні, про це говорять нам «чортові пальці».

1. Wierzbowski H., Anczkiewicz R., Bazarnik J., Pawlak J. Strontium isotope variations in Middle Jurassic (Late Bajocian — Callovian) seawater: Implications for Earth’s tectonic activity and marine environments. Chemical Geology, in press.

2. DePaolo D.J. Correlating rocks with strontium isotopes. Geotimes, 1987, Dec., p. 16–18.

3. Armstrong R.L. Glacial erosion and the variable isotopic composition of strontium in sea water. Nature Physical Sciences, 1971, v. 230, p. 132–133.